Pengujian Mesin Pendingin Ruangan Dengan Menggunakan Energi Surya Dan Campuran Air, Garam, Dan Es Sebagai Media Pendingin

AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

WUNARDI SURYA NIM. 100401039

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

“PENGUJIAN MESIN PENDINGIN RUANGAN DENGAN

MENGGUNAKAN ENERGI SURYA DAN CAMPURAN AIR, GARAM, DAN ES SEBAGAI MEDIA PENDINGIN”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa, dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang tahu terima kasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:

1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. selaku Dosen Pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Kedua orang tua penulis, Antony dan Lan Fie, SE. serta adik penulis, Belinda Evelyn dan Daren Wunarco yang tidak pernah putus – putusnya memberikan dukungan, doa, dan kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

7. Rekan – rekan khususnya Stefanus Wangsa, Dwyanto, Hendri, Helbert, Christianto, Kenny Austin, Derrick, Michael Tanjaya, Wilsen Simon, dan rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. 8. Teman – teman yang selalu memotivasi khususnya Melisa, Agnes, Nadya,

Jeffry, Kevin dan semua teman – teman yang berada di Keluarga Mahasiswa Buddhis yang telah memberi semangat.

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih.

Medan, Februari 2015

ABSTRAK

Penggunaan mesin pendingin bertujuan untuk mengkondisikan dan menyegarkan udara ruangan (pengkondisian udara). Terdapat mesin pendingin ruangan jenis lain yang menggunakan listrik dan refrigeran. Mesin pendingin ruangan yang dibahas adalah mesin pendingin yang dapat menyejukkan ruangan dengan menggunakan energi surya serta campuran air, garam, dan es sebagai media pendingin yang ramah lingkungan. Campuran air, garam, dan es dapat menurunkan titik beku cairan sehingga penyerapan kalor lebih efektif. Panas dari udara lingkungan dan infiltrasi dalam mesin pendingin ruangan disebut sebagai beban pendingin. Tujuan dari pengujian mesin pendingin ruangan adalah untuk mengetahui kemampuan pendinginan mesin pendingin ruangan, mengetahui besar beban pendingin, dan mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi besarnya nilai COP. Dalam melakukan analisa pada sebuah mesin pendingin ruangan, maka diperlukan tahap proses pengujian yang mencakup penentuan waktu dan tempat, penyiapan alat bahan, pengujian pada mesin pendingin ruangan dan pengambilan data HOBO, dan perhitungan beban pendingin. Dari hasil pengujian diperoleh nilai COP rata-rata berkisar antara 1,07 sampai 1,1. Nilai tersebut menyatakan bahwa mesin pendingin ini dapat menyejukkan ruangan. Nilai COP dipengaruhi oleh besarnya beban pendingin ruangan yang bergantung pada temperatur lingkungan, kelembaban udara, dan radiasi intensitas. Semakin besar nilai temperatur ruangan dan radiasi intensitas serta semakin kecil kelembaban udara maka nilai COP akan semakin besar.

ABSTRACT

The usage of cooling machine is to condition and cools the air of the room (air conditioning). There are other types of room cooling machine using electric and refrigerant. The room cooling machine that will be discussed is the one which can cool the room using solar energy as well as a mixture of water, salt, and ice as an friendly coolant. The mixture of water, salt, and ice can lower the freezing point of the liquid so that the absorption of heat will be more effective. The heat from ambient air and infiltration in room cooling machine called a cooling load. The purposes to test this room cooling machine are to determine the ability of the cooling, to determine the cooling load and identify the factors that affect the value of COP. In conducting the analysis in this room cooling machine, it is necessary to make some process that includes the time and place, preparation of materials, testing the room cooling machine and HOBO data retrieval, and cooling load calculations. The test results show that the average value of COP starts from 1.07 to 1.1. This value is stated that this cooling machine can cool the room. The value

of COP is influenced by the amount of cooling load which depends on ambient temperature, humidity and radiation intensity. The greater values of room temperature and intensity of the radiation as well as the smaller value of humidity will make COP value become greater.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR... viii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR SIMBOL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penulisan ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Mesin Pendingin ... 4

2.2 Konduksi ... 5

2.3 Konveksi ... 7

2.3.1 Konveksi Paksa ... 8

2.3.2 Konveksi Bebas Pelat Horizontal ... 11

2.3.3 Konveksi Bebas Pelat Vertikal ... 12

2.4 Radiasi ... 13

2.5 Kecepatan Angin ... 14

2.6 Perkiraan Beban Pendingin ... 15

2.6.1 Defenisi Beban Pendingin ... 15

2.6.2 Jenis Beban Pendingin ... 15

2.6.3 Sumber – Sumber Beban Pendingin ... 15

2.6.4 Panas dari Tubuh Manusia di Dalam Ruangan ... 16

2.6.6 Panas dari Udara Luar (Infiltrasi) ... 18

2.6.7 Beban Pendingin Total ... 20

2.6.8 Nilai COP pada Mesin Pendingin ... 21

2.7 Radiasi Langit Cerah ... 22

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ... 26

3.1 Diagram Alir Pengujian ... 26

3.2 Waktu dan Tempat Pengujian ... 27

3.3 Penyiapan Alat dan Bahan Pengujian ... 27

3.3.1 Penyiapan Alat ... 27

3.3.2 Penyiapan Bahan ... 29

3.4 Pengujian pada Mesin Pendingin Ruangan dan Pengambilan Data HOBO ... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33

4.1 Analisa Kecepatan Angin ... 33

4.2 Perhitungan Beban Pendingin Total ... 33

4.2.1 Beban Pendingin dari Lampu ... 33

4.2.2 Beban Pendingin Akibat Infiltrasi ... 34

4.2.3 Beban Pendingin dari Manusia ... 36

4.2.4 Beban Pendingin Akibat Radiasi ... 37

4.2.5 Beban Pendingin Akibat Konveksi dan Konduksi ... 38

4.2.6 Total Beban Pendingin ... 46

4.3 Analisa COP (Coefficient Of Performance) ... 46

4.4 Pengaruh Temperatur Lingkungan, Kelembaban Relatif, dan Intensitas Radiasi terhadap Nilai COP ... 48

4.5 Analisa Radiasi Langit Cerah ... 49

4.6 Analisa Grafik ... 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 57

5.1 Kesimpulan ... 57

DAFTAR PUSTAKA ... 58

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Partikel – Partikel Zat pada Proses Pemanasan ... 5

Gambar 2.2 Komveksi Alami dalam Air ... 7

Gambar 2.3 Aliran Laminar dan Turbulen ... 9

Gambar 2.4 Bagan Beban Pendingin ... 16

Gambar 2.5 Dinding Berlapis ... 20

Gambar 3.1 Diagaram Alir Pengujian Mesin Pendingin Ruangan ... 26

Gambar 3.2 Gedung Fakultas Teknik Lantai 4 ... 27

Gambar 3.3 Gelas Ukur ... 27

Gambar 3.4 Timbangan Dapur ... 28

Gambar 3.5 Termometer Ruang ... 28

Gambar 3.6 Laptop HP G32 ... 28

Gambar 3.7 Termokopel ... 29

Gambar 3.8 USB Drive ... 29

Gambar 3.9 Mesin Pendingin Ruangan ... 30

Gambar 3.10 Panel Surya ... 30

Gambar 3.11 Charge Controller ... 30

Gambar 3.12 Akumulator ... 31

Gambar 3.13 Skema Pengujian Beban Pendingin ... 32

Gambar 4.1 Grafik Beban Pendingin ... 53

Gambar 4.2 Grafik COP Rata – Rata ... 53

Gambar 4.3 Grafik Temperatur vs Kelembaban Relatif ... 54

Gambar 4.4 Grafik Radiasi Intensitas ... 55

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konduktivitas Thermal Bahan ... 6

Tabel 2.2 Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulen ... 9

Tabel 2.3 Sifat Udara pada Tekanan 1 atm ... 10

Tabel 2.4 Tabel Emisivitas ... 14

Tabel 2.5 Nilai SHG dan LHG ... 17

Tabel 2.6 Nilai CLF untuk Manusia ... 17

Tabel 2.7 Nilai CLF untuk Lampu ... 18

Tabel 2.8 Urutan Hari ... 22

Tabel 2.9 Faktor Koreksi berdasarkan Iklim ... 24

Tabel 4.1 Data COP Minimum dan Maksimum per Hari ... 47

Tabel 4.2 Data COP, Temperatur, Kelembaban, dan Radiasi Intensitas Rata – Rata ... 48

Tabel 4.3 Korelasi COP, Temperatur, Kelembaban, dan Radiasi Intensitas Rata – Rata ... 49

DAFTAR SIMBOL

Huruf Latin

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang m2

A Ketinggian dari permukaan laut km

a0 Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim -

a1 Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim -

B Kontanta berdasarkan tanggal -

E Persamaan waktu menit

CLF Cooling Load Factor -

COP Coefficient Of Performance -

Fsa Special allowance factor -

Ful Lighting use factor -

Gbeam Radiasi jatuh langsung W/m2

Gdifuse Radiasi pantulan atmosfer W/m2

Gon Radiasi matahari sebelum masuk atmotfer W/m2

Gtot Radiasi langit cerah W/m2

g Gravitasi bumi m/s2

hL Koefisien konveksi W/m2K

k Konduktivitas termal W/mK

k Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim -

L Luas penampang / keliling m

L Panjang lapisan konveksi m

Lloc Posisi bujur 0

Lst Sudut GMT 0

LHG Laten Heat Gain -

L1 Tebal material styrofoam m

N Jumlah manusia Orang

n Urutan hari -

NuL Bilangan Nusselt -

P Daya kipas W

patm Tekanan atmosfer Pa

Pr Bilangan Prandtl -

pw Tekanan parsial uap air Pa

pws Tekanan uap saturasi Pa

Q Laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan L/s Qkond,konv Laju perpindahan panas konduksi dan konveksi W

Qkonv Laju perpindahan konveksi W

Ql Beban laten W

Qpp Beban perpindahan panas W

Qrad Laju perpindahan panas radiasi Watt

Qs Beban sensible W

RaL Bilangan Rayleigh -

ReL Bilangan Reynold -

RH Rasio humiditas relatif -

rk Faktor koreksi berdasarkan iklim -

r0 Faktor koreksi berdasarkan iklim -

ri Faktor koreksi berdasarkan iklim -

SHG Sensible Heat Gain -

ST Waktu matahari menit

STD Waktu lokal menit

Tf Suhu rata – rata K

Ti Temperatur rata – rata mesin pendingin K

To Temperatur ruangan (dry bulb) K

Ts Suhu permukaan K

T_∞ Suhu fluida K

v Kecepatan keluaran angin m/s

v Viskositas m2/s

W Daya total lampu W

wi Rasio humiditas mesin pendingin kgair/kgudara

wo Rasio humiditas ruangan kgair/kgudara

Huruf Yunani

Simbol Keterangan Satuan

α Difusivitas panas m2/s

β Sepersuhu rata – rata K-1

μ Standar kebocoran udara -

μ Viskositas Ns/m2

ρ Massa jenis fluida kg/m3

σ Konstanta Stefan Boltzman W/m-2 K-4

ε Emisivitas -

Ø Sudut posisi lintang 0

Sudut deklinasi rad

� Sudut jam matahari 0

�� Sudut zenith 0

-ABSTRAK

Penggunaan mesin pendingin bertujuan untuk mengkondisikan dan menyegarkan udara ruangan (pengkondisian udara). Terdapat mesin pendingin ruangan jenis lain yang menggunakan listrik dan refrigeran. Mesin pendingin ruangan yang dibahas adalah mesin pendingin yang dapat menyejukkan ruangan dengan menggunakan energi surya serta campuran air, garam, dan es sebagai media pendingin yang ramah lingkungan. Campuran air, garam, dan es dapat menurunkan titik beku cairan sehingga penyerapan kalor lebih efektif. Panas dari udara lingkungan dan infiltrasi dalam mesin pendingin ruangan disebut sebagai beban pendingin. Tujuan dari pengujian mesin pendingin ruangan adalah untuk mengetahui kemampuan pendinginan mesin pendingin ruangan, mengetahui besar beban pendingin, dan mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi besarnya nilai COP. Dalam melakukan analisa pada sebuah mesin pendingin ruangan, maka diperlukan tahap proses pengujian yang mencakup penentuan waktu dan tempat, penyiapan alat bahan, pengujian pada mesin pendingin ruangan dan pengambilan data HOBO, dan perhitungan beban pendingin. Dari hasil pengujian diperoleh nilai COP rata-rata berkisar antara 1,07 sampai 1,1. Nilai tersebut menyatakan bahwa mesin pendingin ini dapat menyejukkan ruangan. Nilai COP dipengaruhi oleh besarnya beban pendingin ruangan yang bergantung pada temperatur lingkungan, kelembaban udara, dan radiasi intensitas. Semakin besar nilai temperatur ruangan dan radiasi intensitas serta semakin kecil kelembaban udara maka nilai COP akan semakin besar.

ABSTRACT

The usage of cooling machine is to condition and cools the air of the room (air conditioning). There are other types of room cooling machine using electric and refrigerant. The room cooling machine that will be discussed is the one which can cool the room using solar energy as well as a mixture of water, salt, and ice as an friendly coolant. The mixture of water, salt, and ice can lower the freezing point of the liquid so that the absorption of heat will be more effective. The heat from ambient air and infiltration in room cooling machine called a cooling load. The purposes to test this room cooling machine are to determine the ability of the cooling, to determine the cooling load and identify the factors that affect the value of COP. In conducting the analysis in this room cooling machine, it is necessary to make some process that includes the time and place, preparation of materials, testing the room cooling machine and HOBO data retrieval, and cooling load calculations. The test results show that the average value of COP starts from 1.07 to 1.1. This value is stated that this cooling machine can cool the room. The value

of COP is influenced by the amount of cooling load which depends on ambient temperature, humidity and radiation intensity. The greater values of room temperature and intensity of the radiation as well as the smaller value of humidity will make COP value become greater.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Seiring dengan berkembangnya teknologi, manusia dituntut berinovasi untuk mengembangkan dan membuat sarana / prasarana sesuai dengan kebutuhan. Salah satu jenis teknologi yang sangat berguna saat ini bagi manusia adalah mesin pendingin. Mesin pendingin adalah sebuah alat siklus yang prinsip kerjanya hampir sama dengan mesin kalor yang menggunakan fluida kerja berupa refrigeran. Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan untuk menjadikan temperatur benda / ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya sehingga menghasilkan suhu / temperatur dingin. Salah satu aplikasi yang menggunakan prinsip mesin pendingin adalah AC (Air Conditioner).[1]

Awal dari AC (Air Conditioner) sudah dimulai sejak jaman Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga menurunkan suhu ruangan, tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak biasa.[2]

Kebanyakan mesin pendingin menggunakan refrigeran dengan jenis chlorofluorocarbon (CFC) yang tidak ramah terhadap lingkungan. Oleh sebab itu, para pakar lingkungan hidup semakin gencar memikirkan tentang penipisan lapisan ozon yang dirusak oleh gas – gas klorin yang dilepaskan mesin pendingin. Bahan perusak ozon merupakan turunan dari senyawa klor dan bahan karbon seperti chlorofluorocarbon (CFC) banyak digunakan oleh industri maupun dalam rumah tangga.[3]

memutuskan untuk merancang sebuah mesin pendingin ruangan menggunakan energi surya dengan media pendingin terdiri dari campuran air, garam, dan es, dimana mesin pendingin ruangan ini diharapkan mampu menyejukkan ruangan, ramah lingkungan, dan bernilai ekonomis.

1.2 Tujuan

1. Untuk mengetahui kemampuan pendinginan mesin pendingin ruangan. 2. Untuk mengetahui besar beban pendingin dari mesin pendingin ruangan. 3. Untuk mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi besarnya nilai

COP.

1.3 Batasan Masalah

1. Suhu keluaran mesin pendingin ruangan dengan menggunakan campuran media pendingin berupa air 1L, garam 250g, dan es 2L.

2. Analisa beban pendingin mesin pendingin ruangan yang mencakup konduksi, konveksi, dan radiasi dari material styrofoam serta beban manusia, lampu, dan infiltrasi yang terjadi.

3. Menghitung COP dari mesin pendingin ruangan pada kondisi cuaca cerah dan mendung.

1.4 Manfaat Penulisan

1. Menghasilkan sebuah mesin pendingin ruangan yang hemat energi dan ramah lingkungan.

2. Sebagai wacana dalam teknik pendingin yang dapat dilanjutkan untuk penelitian yang lebih lanjut.

1.5 Sistematika Penulisan

Laporan skripsi ini tersusun atas lima (5) bab, yaitu:

Bab I yaitu pendahuluan, yang membahas latar belakang penulisan skripsi, tujuan, batasan masalah, dan manfaat penulisan skripsi.

dibahas teori dan rumus – rumus mengenai perpindahan panas konveksi, konduksi, dan radiasi, daya kipas, dan perkiraan beban pendingin.

Bab III yaitu metodologi, yang berisikan bagaimana diagram alir pengujian yang dimulai dari penentuan waktu dan tempat pengujian, penyiapan alat dan bahan, serta pengujian pada mesin pendingin ruangan ini.

Bab IV yaitu analisa dan pembahasan, yang membahas hasil perhitungan analisa beban pendingin.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendinginkan air, atau peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas ke suatu tempat yang temperaturnya lebih tinggi. Di dalam sistem pendinginan dalam menjaga temperatur rendah memerlukan pembuangan kalor dari produk pada temperatur rendah ke tempat pembuangan kalor yang lebih tinggi.[4]

Teknik refrigerasi merupakan salah satu ilmu dalam mempelajari mesin pendingin. Teknik refrigerasi adalah semua teknik yang digunakan untuk menurunkan temperatur suatu medium sampai lebih rendah daripada temperatur lingkungannya. Dalam melakukan proses penurunan suhu ini, maka sejumlah energi dalam bentuk panas harus diambil dari medium tersebut dan dibuang ke lingkungan. Secara alami, panas hanya akan berpindah dari medium yang temperaturnya lebih tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Dengan kata lain, perpindahan panas dari medium yang dingin ke medium yang lebih panas tidak akan mungkin terjadi secara alami. Maka untuk membuat proses ini terjadi, digunakanlah teknik refrigerasi. Karena refrigerasi adalah sebuah proses yang bertujuan menurunkan temperatur, maka proses ini sering disebut dengan istilah fungsi refrigerasi yang artinya proses yang berfungsi menurunkan temperatur sampai dapat mencapai temperatur lingkungan.[5]

Jika benda disentuhkan dengan benda dingin, tidak lama kemudian suhu benda panas akan turun, sedangkan suhu benda dingin akan naik. Hal ini terjadi karena benda panas memberikan kalor kepada benda dingin. Jadi, kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Terdapat tiga cara perpindahan kalor, yaitu:

2.2 Konduksi

Ilustrasi perpindahan panas secara konduksi dapat dijelaskan dengan peristiwa berikut. Letakkan sebuah sendok logam ke dalam mangkuk berisi sup panas. Kemudian sentuhlah ujung sendok yang tidak terendam dalam sup. Ujung sendok tersebut terasa panas walaupun ujung sendok tersebut tidak bersentuhan langsung dengan sumber kalor (sup panas). Pada proses perpindahan kalor dari bagian sendok yang panas ke ujung sendok yang dingin tidak terjadi perpindahan partikel – partikel dalam sendok. Proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel dinamakan konduksi.

Gambar 2.1 Partikel – Partikel Zat pada Proses Pemanasan[6]

Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses berikut yaitu:

1. Pemanasan pada satu ujung zat menyebabkan partikel – partikel pada ujung itu bergetar lebih cepat dan suhunya naik, atau energi kinetiknya bertambah (Gambar 2.1). Partikel – partikel dengan energi kinetik lebih besar ini memberikan sebagian energi kinetiknya kepada partikel – partikel tetangganya melalui tumbukan, sehingga partikel – partikel ini memiliki energi kinetik lebih besar. Selanjutnya, partikel – partikel ini memberikan sebagian energi kinetiknya ke partikel – partikel tetangga berikutnya, demikian seterusnya sampai kalor mencapai ujung yang tidak dingin (tidak dipanasi). Proses perpindahan kalor diperlukan beda suhu yang tinggi diantara kedua ujung.

cepat dapat diberikan ke elektron – elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor berpindah lebih cepat. Oleh karena itu, logam tergolong konduktor yang sangat baik.

Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dibagi atas dua golongan besar yaitu konduktor dan isolator. Konduktor ialah zat yang mudah menghantarkan kalor. Isolator ialah zat yang sukar menghantarkan kalor.

Faktor – faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor melalui sebuah dinding bergantung pada empat besaran yaitu:

1. Beda suhu diantara permukaan ΔT = T1 – T2; makin besar beda suhu,

makin cepat perpindahan kalor.

2. Ketebalan dinding d; makin tebal dinding, makin lambat perpindahan kalor.

3. Luas permukaan A; makin besar luas permukaan, makin cepat perpindahan kalor.

4. Konduktivitas termal zat k merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin bersar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

Kemampuan insulasi suatu bahan diukur dengan konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal yang rendah setara dengan kemampuan insulasi (resistansi termal atau nilai R) yang tinggi. Dalam teknik termal, sifat – sifat lain suatu bahan

insulator atau isolator adalah densitas (ρ) dan kapasitas panas spesifik (c). Bahan dengan konduktivitas termal (k) rendah menurunkan laju aliran panas.[7]

Tabel 2.1 Konduktivitas Thermal Bahan[8]

No Bahan Konduktivitas Thermal k (W/moC)

1 Styrofoam 0,033

2 Stainless Steel 15

3 Aluminium 200

4 Kayu 0,08 – 0,16

2.3 Konveksi

Ilustrasi perpindahan panas secara konveksi dapat dilihat dari contoh berikut. Tangan yang diletakkan di atas nyala lilin sejauh kira – kira 10 cm akan terasa udara hangat yang naik dari nyala lilin. Ketika udara yang dekat nyala lilin dipanasi, udara itu memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara hangat dengan massa jenis lebih kecil akan naik dan tempatnya digantikan oleh udara dingin yang bermassa jenis yang lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu fluida ke bagian fluida yang lain oleh pergerakkan fluida itu sendiri dinamakan konveksi.

Ada dua jenis perpindahan panas secara konveksi, yaitu: 1. Konveksi alamiah

2. Konveksi paksa

[image:30.595.262.364.478.609.2]

Pada konveksi alamiah pergerakkan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanasi) akan memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil, sehingga terjadi pergerakkan ke atas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massa jenisnya lebih besar. Peristiwa ini mirip dengan mengapungnya suatu benda karena massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair.

Gambar 2.2 Komveksi Alami dalam Air[6]

bermassa jenis lebih besar. Di dalam air terbentuk lintasan tertutup yang ditunjukkan oleh arah anak panah, disebut arus konveksi.

Contoh konveksi udara secara alami dapat dilihat ketika membakar sesuatu. Udara panas di dekat nyala api memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara dingin (massa jenisnya lebih besar) yang berada di sekitar api menekan udara panas ke atas, sehingga terjadilah arus konveksi udara. Arus konveksi udara inilah yang membawa asap bergerak ke atas.

Dalam konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa. Contoh konveksi paksa adalah pada sistem pendingin mobil, dimana air diedarkan di dalam pipa – pipa air oleh bantuan sebuah pompa air (water pump). Panas mesin yang tidak dikehendaki dibawa oleh sirkulasi air menuju ke radiator (penukar kalor / heat exchanger). Di dalam sirip-sirip radiator ini, air hangat didinginkan oleh udara. Air yang dingin kembali menuju pipa – pipa air yang bersentuhan dengan blok – blok mesin untuk mengulang siklus berikutnya. Jadi, fungsi radiator adalah menjaga suhu mesin agar tidak melampaui batas desain, sehingga mesin tidak rusak karena pemanasan berlebih. Oleh karena itu, pemilik mobil harus selalu memeriksa volum air radiator.

Contoh konveksi paksa lainnya adalah pada pengering rambut (hair dryer). Kipas menarik udara di sekitarnya dan meniupkan udara tersebut melalui elemen pemanas. Dengan cara ini dihasilkan suatu arus konveksi paksa udara panas.

2.3.1 Konveksi Paksa

mempunyai nilai bilangan Reynold dibawah 5x105, sedangkan aliran turbulen mempunyai nilai bilangan Reynold diatas 5x105.

Perpindahan panas konveksi paksa merupakan perpindahan panas yang terjadi akibat fluida bergerak karena adanya gaya luar yang bekerja pada fluida tersebut.[9] Perbedaan antara aliran laminar dan turbulen dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulen[10]

Aliran Gerakan Fluida

Kecepatan Fluida

Viskositas Lintasan Gerak

[image:32.595.111.518.239.525.2]

Laminar Lurus Rendah Tinggi Teratur Turbulen Tidak teratur Relatif tinggi Rendah Tidak teratur

Gambar 2.3 Aliran Laminar dan Turbulen[11]

Perhitungan koefisien konveksi (h) fluida dapat dilakukan dengan beberapa tahap. Tahap awal adalah mencari bilangan Reynold (ReL) dengan

persamaan: [12]

ReL =

ρ x U_∞ x L

μ

……….(2

-1)

L = Panjang lapisan konveksi (m)

μ = Viskositas (Ns/m2)

[image:33.595.111.516.241.437.2]

Tahap berikutnya adalah mencari bilangan bilangan Prandtl (Pr) dan koefisien konduktivitas termal (k) dengan menggunakan interpolasi menurut tabel 2.3.

Tabel 2.3 Sifat Udara pada Tekanan 1 atm[13]

T (K) ρ (kg/m3)

Cp

(kJ/kgK)

μ x 107 (Ns/m2)

ϑ x 106 (m2/s)

k x 103 (W/mK)

α x 106

(m2/s) Pr 100 3,5562 1,032 71,1 2,00 9,34 2,54 0,786 150 2,3364 1,012 103,4 4,426 13,8 5,84 0,758 200 1,7458 1,007 132,5 7,590 18,1 10,3 0,737 250 1,3947 1,006 159,6 11,44 22,3 15,9 0,720 300 1,1614 1,007 184,6 15,89 26,3 22,5 0,707 350 0,9950 1,009 208,2 20,92 30,0 29,9 0,700 400 0,8711 1,014 230,1 26,41 33,8 38,3 0,690

Tahap berikutnya adalah menghitung bilangan Nusselt (NuL) dengan

rumus:

NuL = 0,664 x ReL1/2 x Pr1/3...(2-2)

Dimana: NuL = Bilangan Nusselt

ReL = Bilangan Reynold

Pr = Bilangan Prandtl

Tahap berikutnya adalah menghitung koefisien konveksi (hL) dengan

rumus:

hL

=

k

L

x Nu

L………..……..(2-3) Dimana: hL = Koefisien konveksi (W/m2K)

Laju perpindahan konveksi (Q) dapat dihitung dengan rumus:[14]

Qkonv = hL x A x ( T_∞ − T_s)...(2-4)

Dimana: Qkonv = Laju perpindahan konveksi (W)

A = Luas penampang (m2) Ts = Suhu permukaan (K) T_∞= Suhu fluida (K)

Di dalam mesin pendingin ruangan, perhitungan nilai koefisien konveksi (h) dihitung berdasarkan rumus konveksi paksa.

2.3.2 Konveksi Bebas Pelat Horizontal

Perhitungan koefisien konveksi bebas pelat horizontal (h) dilakukan pada bagian luar mesin pendingin ruangan yang bersentuhan dengan udara tenang menggunakan beberapa tahap. Tahap pertama yaitu menghitung bilangan Rayleigh. Bilangan Rayleigh adalah bilangan yang didapat pada konveksi bebas. Aliran laminar mempunyai bilangan Rayleigh dibawah 109 dan aliran turbulen mempunyai bilangan Rayleigh diatas 109. Bilangan Rayleigh dapat dicari dengan persamaan:





v L T T g R s aL _  3  

 ... (2-5)

Dimana : RaL = Bilangan Rayleigh

g = Gravitasi bumi = 9,8 m/s2 Ts = Suhu permukaan (K)

T_∞ = Suhu fluida (K)

L = Luas Penampang

Keliling

=

As

P (m)

= 1

Tf

=

2

Ts+T∞

(K-1)

= Difusivitas panas (m2/s) v = Viskositas (m2/s)

Tahap selanjutnya adalah menghitung bilangan Nusselt untuk aliran laminar dengan persamaan:

uL

Uuntuk aliran turbulen, bilangan Nusselt dihitung dengan persamaan:

uL

N = 0,15 x RaL1/3………..(2-7)

Tahap berikutnya adalah menghitung koefisien konveksi (hL) dengan

rumus:

hL = ...(2-8)

Dimana: hL = Koefisien konveksi (W/m2K)

k = Konduktivitas Termal Fluida (W/mK)

L

=

Luas Penampang

Keliling

=

As

P (m)

NuL = Bilangan Nusselt

2.3.3 Konveksi Bebas Pelat Vertikal

Perhitungan koefisien konveksi bebas pelat vertikal (h) dilakukan pada bagian luar mesin pendingin ruangan yang bersentuhan dengan udara tenang menggunakan beberapa tahap. Tahap pertama adalah menghitung besarnya bilangan Rayleigh menggunakan persamaan (2-5).

Tahap selanjutnya adalah menghitung bilangan Nusselt untuk aliran laminar dengan persamaan:

9 4 16 9 4 1 /Pr) 492 . 0 ( 1 670 . 0 68 . 0            aL uL R

N ... (2-9)

Dimana : NuL = Bilangan Nusselt

RaL = Bilangan Rayleigh

Pr = Bilangan Prandlt

Untuk aliran turbulen, bilangan Nusselt dihitung dengan persamaan:

N_uL = 0.825+ 0.387R 1 6

aL

Dimana : NuL = Bilangan Nusselt

RaL = Bilangan Rayleigh

Pr = Bilangan Prandlt

Tahap berikutnya adalah menghitung koefisien konveksi (hL) dengan

persamaan (2-8).

2.4 Radiasi

Kalor dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat perantar (medium). Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi. Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Beberapa permukaan zat menyerap kalor radiasi lebih baik daripada permukaan zat lainnya. Di siang hari baju hitam kusam terasa lebih panas daripada baju putih berkilap. Ini karena di siang hari, baju hitam kusam menyerap kalor radiasi lebih baik daripada baju putih berkilap. Ini terjadi karena di malam hari, baju hitam kusam memancarkan kalor radiasi lebih baik daripada baju putih berkilap.[6]

Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa:[6]

1. Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik.

2. Permukaan yang putih dan mengilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk sekaligus pemancar kalor radiasi yang buruk.

3. Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang, permukaan (dinding) harus dilapisi suatu bahan agar mengilap (misalnya dilapisi dengan perak).

Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan A dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T4). Emisivitas

disimbolkan dengan ε. Emisivitas adalah suatu ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna. Emisivitas

bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. Tidak ada benda yang tepat hitam sempurna. Kita hanya dapat membuat benda yang mendekati benda hitam

sempurna. Permukan mengilap memiliki nilai ε yang lebih kecil daripada permukaan kasar. Pemantul sempurna (penyerap paling jelek) memiliki ε = 0,

sedangkan penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna yaitu benda hitam

sempurna memiliki ε = 1.

Proses radiasi pada dinding styrofoam dirumuskan dengan rumus:[15]

= �( _∞4 ₋ 4_{) ... (2-11)} Dimana : Qrad = Laju perpindahan panas radiasi (Watt)

ε = Emisivitas

A = Luas penampang (m2)

σ = Konstanta Stefan Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m-2 K-4 Ts = Suhu permukaan (K)

T∞ = Suhu fluida (K)

[image:37.595.175.454.502.654.2]

Emisivitas setiap benda berbeda – beda. Untuk benda berwarna hitam emisivitas bernilai 1. Sedangkan untuk benda berwarna putih emisivitas bernilai 0. Berikut ini adalah tabel emisivitas daripada beberapa jenis bahan yang sering digunakan.

Tabel 2.4 Tabel Emisivitas[16]

Emisivitas Beberapa Material pada suhu 300K

Material Emisivitas

Styrofoam 0.60

Tembaga 0.03

Emas 0.03

Perak 0.02

Stainless Steel 0.17

Batu bata 0.93-0.96

Kayu 0.82-0.92

Air 0.96

2.5 Kecepatan Angin

P = 1

2 x ρ x A x v

3_{………..(2}

-12)

Dimana: P = Daya kipas (W)

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)

A = Luas penampang keluaran angin (m2) v = Kecepatan keluaran angin (m/s)

2.6 Perkiraan Beban Pendingin 2.6.1 Definisi Beban Pendingin

Beban pendinginan adalah laju panas yang harus dipindahkan dari ruangan ke lingkungan sehingga suhu dan kandungan uap airnya terjaga seperti yang diinginkan. Perlu diulang kembali bahwa tugas unit pendingin adalah menjaga kondisi suatu ruangan agar berada pada suhu dan kelembaban tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur dan kelembaban lingkungan luar. Banyak faktor yang mempengaruhi besarnya beban pendingin ini, misalnya kondisi suhu di luar ruangan, kebocoran udara dari luar ke dalam mesin pendingin, aktivitas di dalam ruangan misalnya terdapat mesin yang menghasilkan panas dan juga lampu listrik, dan jumlah orang yang keluar masuk dari ruangan.

Terdapat beberapa metode perhitungan beban pendingin yang telah diajukan oleh beberapa badan standard. Tetapi yang paling umum digunakan adalah metode yang diajukan oleh ASHRAE.

2.6.2 Jenis Beban Pendingin

2.6.3 Sumber – Sumber Beban Pendingin

[image:39.595.111.535.304.461.2]

Beban pendingin bagi mesin pendingin yang dikondisikan bisa berasal dari beberapa sumber. Sumber – sumber ini umumnya dibagi 2 bagian besar, yaitu beban yang berasal dari luar mesin pendingin dan beban yang berasal dari dalam ruangan. Panas yang berasal dari luar mesin pendingin antara lain: panas yang berpindah secara konduksi, konveksi, dan radiasi dari dinding - dinding material mesin pendingin ruangan. Terdapat juga panas akibat masuknya udara luar yaitu berupa kebocoran udara (infiltrasi). Sementara sumber panas yang berasal dari dalam ruangan dapat berupa panas akibat lampu penerangan dan panas yang berasal manusia.

Gambar 2.4 Bagan Beban Pendingin

2.6.4 Panas dari Tubuh Manusia di Dalam Ruangan

Tubuh manusia dalam beraktivitas, selalu mengeluarkan panas ke udara sekelilingnya. Panas yang dilepaskan oleh tubuh manusia ini terdiri dari 2 jenis, yaitu panas sensibel dan panas laten. Masing – masing panas ini dapat dihitung sebagai berikut:

Qs = N × (Sensible heat gain) × CLF ………(2-13)

Ql = N × (Laten heat gain) ………..(2-14)

Sensible heat gain (SHG) dan Laten heat gain (LHG) adalah perkiraan besar panas sensibel dan panas laten yang dikeluarkan oleh manusia sesuai umur

Beban Pendingin

Beban dari luar mesin pendingin

Konduksi Konveksi Radiasi

Beban dari dalam ruangan

[image:40.595.107.525.219.382.2]

dan aktivitas yang dilakukannya. Data nilai dari Sensible Heat Gain dan Laten Heat Gain ditampilkan pada Tabel 2.5. Dan N adalah jumlah manusia yang terdapat di dalam ruangan tersebut. CLF adalah cooling load factor dimana nilainya ditunjukkan pada Tabel 2.6.

Tabel 2.5 Nilai SHG dan LHG[17]

Tingkat Aktivitas Lokasi SHG (Watt) LHG (Watt)

Duduk di bioskop Bioskop, siang 65 30

Duduk di bioskop, malam Bioskop, malam 70 35 Duduk, kerja ringan Kantor, hotel, apartemen 70 45 Aktivitas normal di kantor Kantor, hotel, apartemen 75 55

Aktivitas berat Pabrik 170 255

Olahraga Gedung olahraga 210 315

Tabel 2.6 Nilai CLF untuk Manusia[17]

Lama di ruangan

Jam setelah masuk

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2 0.60 0.68 0.14 0.11 0.09 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02

4 0.60 0.68 0.74 0.79 0.23 0.18 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.05 0.04

6 0.61 0.69 0.74 0.79 0.83 0.86 0.28 0.22 0.18 0.15 0.12 0.10 0.08

8 0.61 0.69 0.75 0.79 0.83 0.86 0.89 0.91 0.32 0.26 0.21 0.17 0.14

2.6.5 Panas dari Lampu di Dalam Ruangan

Lampu atau alat penerangan mengubah energi listrik menjadi cahaya, dan sebagian energi ini akan berubah menjadi panas. Sebagai catatan bola lampu akan terasa panas setelah dihidupkan beberapa lama. Besar panas yang dilepaskan bola lampu / penerangan ke lingkungan adalah panas sensibel dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

[image:40.595.104.569.437.533.2]

Dimana W adalah daya total lampu, Ful adalah lighting use factor, Fsa

adalah special allowance factor, dan CLF adalah cooling load factor untuk lampu yang ditunjukkan pada Tabel 2.7. Untuk lampu jenis tungsten diasumsikan nilai Ful = 1 dan Fsa = 1, sedangkan untuk jenis lampu fluoresense diasumsikan nilai Ful

[image:41.595.111.533.225.315.2]

= 1 dan Fsa = 1,2.

Tabel 2.7 Nilai CLF untuk Lampu[17]

Lama lampu dipasang

Lama setelah on

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

8 0.72 0.8 0.84 0.87 0.88 0.89 0.9 0.91 0.23 0.15 0.11 0.09 0.08 10 0.73 0.81 0.85 0.87 0.89 0.9 0.91 0.92 0.92 0.93 0.25 0.16 0.13 12 0.74 0.82 0.86 0.88 0.9 0.91 0.92 0.92 0.93 0.94 0.94 0.95 0.26

2.6.6 Panas Dari Udara Luar (Infiltrasi)

Akibat masuknya udara luar, baik secara sengaja ditambahkan maupun akibat kebocoran (tidak sengaja), akan menjadi beban bagi ruangan yang dikondisikan. Panas udara dari luar biasanya ada 2 yaitu panas dari udara ventilasi dan panas dari udara infiltrasi. Pada kasus ini, panas dari udara luar hanyalah panas udara infiltrasi atau dari kebocoran (secara tidak disengaja), sehingga besar panas udara luar dari ventilasi diabaikan. Jumlah panas akibat masuknya udara luar ini terdiri atas 2 jenis yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan fasanya.[5]

Untuk menghitung beban laten, pertama – tama dihitung terlebih dahulu besar tekanan uap saturasi (pws), dengan rumus:

ln(p_ws)=C1

T +C2+C3T+C4T

2₊

C₅T3+C₆lnT

…...(2-16)

Dimana: pws = tekanan uap saturasi (Pa)

C1 = konstanta sebesar -5,8002206 x 103

C2 = konstanta sebesar 1,3914993

C4 = konstanta sebesar 4,1764768 x 10-5

C5 = konstanta sebesar -1,4452093 x 10-8

C6 = konstanta sebesar 6,5459673

T = Temperatur mutlak (K)

Setelah didapat tekanan uap saturasi, langkah berikutnya adalah mencari besar tekanan parsial uap air (pw) dengan rumus:

Pw = RH x pws ………..(2-17)

Dimana: RH = Rasio humiditas relatif pws = Tekanan uap saturasi (Pa)

pw = Tekanan parsial uap air (Pa)

Selanjutnya dihitung besar rasio humiditas ruangan dengan rumus:

= 0,62198 (

− )……….(2-18)

Dimana: wo = Rasio humiditas ruangan (kg air/kg udara kering)

pw = Tekanan parsial uap air (Pa)

patm = Tekanan atmosfer = 101325 Pa

Langkah selanjutnya adalah menghitung laju udara infiltrasi yakni dengan menggunakan rumus:

Q = N x μ x 1000

3600………..(2-19)

Dimana: N = Banyak pembukaan mesin pendingin

μ = Standar kebocoran udara = 2,8

Panas sensibel dari udara luar infiltrasi ini dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut.[17]

Qs = 1,23 Q (To– Ti)... (2-20)

Dimana : Qs = Panas sensibel (Watt)

To = temperatur di luar ruangan (°C)

Ti = temperatur di dalam ruangan (°C)

Panas laten dari udara luar infiltrasi dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut.[17]

Ql = 1,23 Q (wo– wi) ... (2-21)

Dimana : Ql = Panas laten (Watt)

Q = laju aliran udara luar masuk ke dalam ruangan (L/s) wo = kelembaban di luar ruangan (kg air/ kg udara kering)

wi = kelembaban di dalam ruangan (kg air/kg udara kering)

2.6.7 Beban Pendingin Total

Beban pendingin total dari suatu mesin pendingin portable dapat dihitung berdasarkan panas dari konduksi, konveksi, dan radiasi.

[image:43.595.176.488.455.720.2]

Perhitungan konduktivitas bahan melalui dinding berlapis dapat dihitung berdasarkan persamaan:[13]

Laju perpindahan panas pada dinding berlapis berdasarkan material dapat dihitung berdasarkan persaman:

Qkond,konv =

∞,1− ∞,4

1 1 +

1 1 +

2 2 +

3 3 +

1 4

………..………….(2-22)

Qkond,konv =

T∞,1−Ts ,1

1 1

=

,1−1 2 1

=

2−2 3 2

=

3−3 ,4 3

=

,4−1 ∞,4 4

…

(2-23)

Dimana : Qkond,konv = Laju perpindahan panas konduksi konveksi (W)

T∞,1 = Suhu fluida bagian luar (K)

Ts,1 = Suhu permukaan dinding luar A (K)

T2 = Suhu permukaan dinding luar B (K)

T3 = Suhu permukaan dinding luar C (K)

Ts,4 = Suhu permukaan dinding dalam C (K)

T_∞,4 = Suhu fluida bagian dalam (K)

L = Tebal material dinding (m)

k = konduktivitas panas material (W/mK) h = koefisien konveksi fluida (W/m2K)

Maka, besarnya beban pendingin total dapat dihitung dengan persamaan:

Qtotal = Qkond,konv+ Qrad + Qmanusia + Qlampu + Qinfiltrasi…………..(2-24)

2.6.8 Nilai COP pada Mesin Pendingin

COP atau Coefficient Of Performance adalah perbandingan yang terbaik antara output (keluaran) dengan input (masukan).

COP pada mesin pendingin dapat dihitung dengan membandingkan besar nilai beban pendingin total dengan jumlah daya inputnya. Besar COP dapat dihitung dengan rumus:

COP = ( + )+

+ ( + ) ... (2-25)

QS = Beban sensibel (W)

Ql = Beban Laten (W)

Qpp = Beban perpindahan panas (W)

P = Daya input (W)

2.7 Radiasi Langit Cerah

Perhitungan radiasi langit cerah pada sebuah permukaan dipengaruhi oleh lokasi serta tanggal dan bulan percobaan. Untuk menghitung radiasi total langit cerah tersebut, data awal yang perlu diketahui adalah urutan hari dalam 1 tahun (n), Greenwich Mean Time (GMT), posisi lintang (Ø), posisi bujur (Lloc),

ketinggian dari permukaan laut (A), sudut berdasarkan GMT (Lst), dan faktor

koreksi berdasarkan iklim (r0, r1, rk).

Setelah diketahui parameter – parameter tersebut, dihitung konstanta B dengan persamaan:[18]

B = (n-1) x 360

365………(2-26)

Dimana: B = Konstanta berdasarkan tanggal n = Urutan hari

Nilai n dapat dicari dengan menggunakan Tabel 2.8 berikut. Tabel 2.8 Urutan Hari[18]

Jan Feb Mar Apr Mei Juni Juli Agu Sep Okt Nov Des

i 31+i 59+i 90+i 120+i 151+i 181+i 212+i 243+i 273+i 304+i 334+i

Kemudian dihitung persamaan waktu dengan persamaan:

E = 229,2(0,000075 + 0,001868 cosB − 0,032077sin B − 0,014615 cos2B

− 0,04089sin 2B) ………..………(2-27)

Dimana: E = Persamaan waktu (menit) B = Konstanta berdasarkan tanggal

ST – STD = 4 (Lst– Lloc) + E ……….(2-28)

Dimana: ST – STD = Selisih waktu matahari dengan lokal (menit) Lst = Sudut GMT (0) = GMT x 150

Lloc = Sudut posisi bujur (0)

Selanjutnya dihitung sudut deklinasi. Sudut deklinasi adalah sudut yang berubah – ubah setiap harinya yang dihitung dengan persamaan:

= 6,918 10−3− 3,99912 cos + 0,070257 sin − 0,006758 cos 2 + 9,07 10−4sin 2 − 0,002679 cos 3 + 0,00148 sin 3 ….……(2-29)

Dimana: = Sudut deklinasi (rad)

B = Konstanta berdasarkan tanggal

Gon adalah radiasi matahari diluar dan sebelum masuk atmosfer yang

dihitung dengan persamaan:

Gon = 1367 (1,00011 + 0,034221 cos B + 0,00128 sin B + 0,000719 cos 2B –

0,000077sin 2B) ………..………….….………(2-30)

Dimana: Gon = Radiasi matahari sebelum masuk atmotfer (W/m2)

B = Konstanta berdasarkan tanggal

Setelah perhitungan radiasi sebelum masuk atmosfer telah selesai, maka selanjutnya dihitung radiasi setelah masuk atmosfer. Langkah pertama untuk menghitung radiasi tersebut adalah dengan menghitung sudut jam matahari dengan persamaan:

� = 15 � −12 + − � 15

60 ……….………..(2-31)

Dimana: � = Sudut jam matahari (0) STD = Waktu lokal

ST – STD = Selisih waktu matahari dengan lokal (menit)

Selanjutnya dihitung cosinus sudut zenith dengan persamaan:

Dimana: �_� = Sudut zenith (0) Ø = Sudut posisi lintang (0)

= Sudut deklinasi (0)

� = Sudut jam matahari (0)

Fraksi radiasi yang diteruskan dihitung dengan persamaan:

� = ₀

+

₁

exp

−

cos �_� ……….………..(2-33)

Dimana: � = Fraksi radiasi

0, 1,

=

Konstanta faktor koreksi berdasarkan iklim

Konstanta – konstanta faktor koreksi tersebut dapat dicari dengan persamaan:

0 = 0(0,4237−0,00821 6− 2)….……….( 2-34) 1 = 1(0,5055 + 0,00595 6,5− 2) ……….( 2-35) = (0,2711 + 0,01858 2,5− 2) ……….( 2-36)

Dimana: ₀, ₁, = Konstanta faktor koreksi ro, r1, rk = Faktor koreksi

A = Ketinggian dari permukaan laut (km)

[image:47.595.120.498.567.677.2]

Nilai faktor koreksi diperoleh dari Tabel 2.9. Tabel 2.9 Faktor Koreksi Berdasarkan Iklim[19]

Tipe Iklim ro r1 rk

Tropis 0,95 0,98 1,02

Musim Panas Lintang Tengah 0,97 0,99 1,02 Musim Panas Bagian Artik 0,99 0,99 1,01 Musim Dingin Lintang Tengah 1,03 1,01 1,00

Selanjutnya dihitung radiasi jatuh langsung dengan persamaan:

Dimana: Gbeam = Radiasi jatuh langsung (W/m2)

Gon = Radiasi matahari sebelum masuk atmotfer (W/m2) � = Fraksi radiasi

�� = Sudut zenith (0)

Radiasi hasil pantulan atmosfer dihitung dengan persamaan:

� = � cos�_� (0,271−0,294 � )……….(2-38)

Dimana: � = Radiasi hasil pantulan atmosfer (W/m2) Gon = Radiasi matahari sebelum masuk atmotfer (W/m2) �� = Sudut zenith (0)

� = Fraksi radiasi

Langkah terakhir adalah menghitung radiasi total pada permukaan datar dengan menggunakan persamaan:

� = � +� ………..………..(2-39)

Dimana: � = Radiasi total permukaan datar (W/m2) Gbeam = Radiasi jatuh langsung (W/m2)

BAB III

METODOLOGI PENGUJIAN

3.1 Diagram Alir Pengujian

[image:49.595.123.505.283.717.2]

Dalam melakukan analisa pada sebuah mesin pendingin ruangan, maka diperlukan tahap proses pengujian hingga diperoleh data – data yang diperlukan. Secara garis besar, tahap proses pengujian ini dilaksanakan secara sistematis sesuai dengan diagram alir berikut ini.

Gambar 3.1 Diagram Alir Pengujian Mesin Pendingin Ruangan PENENTUAN WAKTU DAN TEMPAT PENGUJIAN

PENYIAPAN ALAT DAN BAHAN

PENGUJIAN PADA MESIN PENDINGIN RUANGAN DAN PENGAMBILAN DATA

HOBO

PERHITUNGAN BEBAN PENDINGIN

SESUAI?

YA

TIDAK MULAI

3.2 Waktu dan Tempat Pengujian

[image:50.595.185.445.188.323.2]

Pengujian dilakukan selama dua minggu dimulai dari tanggal 14 Januari 2015 hingga 28 Januari 2015 dengan lama waktu pengujian adalah 2 jam setiap harinya. Adapun tempat pengujian dilakukan pada gedung Fakultas Teknik lantai 4 dengan kondisi cuaca cerah maupun berawan.

Gambar 3.2 Gedung Fakultas Teknik Lantai 4

3.3 Penyiapan Alat dan Bahan Pengujian

Pada tahap ini dilakukan pencarian dan pengumpulan alat dan bahan yang diperlukan dalam pengujian mesin pendingin ruangan ini. Berikut ini adalah alat – alat dan bahan – bahan yang diperlukan dalam menguji mesin pendingin ruangan.

3.3.1 Penyiapan Alat

Berikut ini adalah alat – alat yang diperlukan dalam pengujian mesin pendingin ruangan.

1. Gelas ukur

Alat ini digunakan untuk mengukur volume air dan es yang digunakan sebagai media pendingin.

Gambar 3.3 Gelas Ukur  Diameter: 7,5 cm

 Tinggi: 13 cm

 Volume indikator: 0,5 L

[image:50.595.169.467.591.721.2]

2. Timbangan Dapur

Alat ini digunakan untuk menimbang massa garam yang digunakan sebagai media pendingin.

Gambar 3.4 Timbangan Dapur

3. Termometer Ruangan

[image:51.595.233.428.329.432.2]

Alat ini digunakan untuk mengukur suhu campuran media pendingin.

Gambar 3.5 Termometer Ruangan

4. Laptop

[image:51.595.150.538.553.697.2]

Alat ini digunakan pada penggunaan software Microsoft Excel yakni pada pembuatan grafik untuk dianalisa dan perhitungan beban pendingin.

Gambar 3.6 Laptop HP G32

 Processor: Intel® Core™ i5 CPU -2.67GHz

 Memory: 4GB DDR3

 Hard Drive: 500GB

 Display: 13.3” HD bright view LED

 Battery: Battery 6-Cell

 Weight: 2.2 kg

 Dimensi: (15x15x15) cm

 Kapasitas: 5 kg

5. Termokopel

[image:52.595.131.476.92.479.2]

Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur dinding styrofoam dan keluaran, dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran dalam bentuk file Microsoft Excel.

Gambar 3.7 Termokopel

Spesifikasi:

Tipe : Agilent 34970A

Buatan : Belanda

Jumlah sensor termokopel : 20 channels multiplexer

Volt : 250 V

6. USB Drive

Alat ini digunakan untuk menyimpan data olahan termokopel dalam bentuk Microsoft Excel.

Gambar 3.8 USB Drive

3.3.2 Penyiapan Bahan

Berikut ini adalah bahan – bahan yang diperlukan dalam pengujian mesin pendingin ruangan.

1. Mesin Pendingin Ruangan

[image:53.595.242.422.84.209.2]

Gambar 3.9 Mesin Pendingin Ruangan

2. Panel Surya

[image:53.595.217.507.337.469.2]

Panel surya digunakan untuk menangkap energi surya dari matahari untuk diubah menjadi energi listrik yang digunakan untuk menghidupkan kipas.

Gambar 3.10 Panel Surya

3. Charge Controller

[image:53.595.150.504.606.723.2]

Charge Controller berfungsi untuk mengatur arus pada pengisian baterai agar terhindari overcharging dan overvoltage.

Gambar 3.11 Charge Controller

 Daya maks: 100 W

 Tegangan maks: 18,9 V

 Kuat arus maks: 5,3 A

 Tegangan rangkaian terbuka: 22,7 V

 Kuat arus rangkaian pendek: 5,8 A

 Berat: 7,3 kg

 Dimensi: 1032 x 676 x 25 mm

 Standard Test Condition: 1000 W/m2

 Tegangan: 12 V

4. Akumulator

[image:54.595.139.510.82.564.2]

Akumulator berfungsi sebagai sumber pemasok arus listrik, dimana akumulator yang digunakan terdiri dari 6 cell, dengan setiap cell nya mempunyai tegangan sebesar 2 Volt, sehingga total tegangannya ialah 12V.

Gambar 3.12 Akumulator

5. Komponen pengujian lainnya

Komponen pengujian lainnya yang digunakan dalam menguji mesin pendingin ini adalah:

- Air, berfungsi sebagai media pendingin.

- Garam, berfungsi sebagai media penurunan titik beku.

- Es, berfungsi untuk mendinginkan air yang telah diturunkan titik bekunya.

- Selotip hitam, berfungsi untuk menempel kabel termokopel pada dinding mesin pendingin ruangan.

- Styrofoam cadangan, berfungsi untuk menjaga suhu es agar tidak mencair pada saat es dibawa ke tempat pengujian.

3.4 Pengujian pada Mesin Pendingin Ruangan dan Pengambilan Data HOBO

Pengujian pada mesin pendingin ruangan dilakukan dengan mengambil data suhu dengan menggunakan termokopel, dimana digunakan kabel termokopel sebanyak 5 buah yaitu pada dinding luar, dinding dalam depan, dinding dalam samping, dinding dalam atas, dan keluaran (output) pada pipa elbow.

 Tegangan: 12 V

[image:55.595.186.445.217.489.2]

Selain data dari termokopel, dilakukan juga pengambilan data HOBO (cuaca) berupa temperatur lingkungan, kelembaban relatif, dan intensitas radiasi. Kemudian data – data hasil percobaan dan data HOBO dapat di-input ke dalam Microsoft Excel untuk menghitung besar beban pendingin totalnya. Adapun perhitungan beban pendingin ini dilakukan pada bab 4. Berikut ini merupakan skema pengujian beban pendingin pada mesin pendingin ruangan.

Gambar 3.13 Skema Pengujian Beban Pendingin

Keterangan gambar: 1. Dinding luar

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Kecepatan Angin

Perhitungan data kecepatan angin diperlukan untuk menghitung beban pendingin yang terjadi akibat konveksi paksa. Untuk menghitung kecepatan angin tersebut diperlukan beberapa data.

Diketahui:

- P = Daya kipas = 12 W

- ρ = Massa jenis fluida = 1,1614 kg/m3

- A = Luas penampang keluaran angin = 4,68 x 10-2 m2

Maka, kecepatan angin dari kipas tersebut adalah: P = 1

2 x ρ x A x v

3

12 = 1

2 x 1,1614 x 4,68 x 10

-2

x v3 v = 7,615 m/s

4.2 Perhitungan Beban Pendingin Total

Sebelum dilakukan perhitungan terhadap beban pendingin, terlebih dahulu dilakukan percobaan untuk memperoleh sejumlah data yang diperlukan. Data yang diperlukan tersebut adalah data temperatur pada dinding mesin pendingin dan pada keluarannya yang nilainya dapat diperoleh dari alat termokopel. Sedangkan besar nilai temperatur lingkungan dan kelembaban udara dapat diperoleh dari alat HOBO.

4.2.1 Beban Pendingin dari Lampu

Diketahui:

- W = Daya lampu = 11 W - Ful = Lighting use factor = 1

- Fsa = Special allowance factor = 1,2

- CLF = Cooling load factor = 0,72

Maka besar beban sensibel dari lampu dapat dihitung dengan persamaan: Qs = W x Ful x Fsa x CLF

= 11 x 1 x 1,2 x 0,8 = 9,504 W

4.2.2 Beban Pendingin Akibat Infiltrasi

Misalkan perhitungan beban pendingin mesin pendingin pada tanggal 19 Januari 2015 jam 09.00. Melalui percobaan diperoleh data sebagai berikut.

- T1 = Temperatur dinding dalam depan jam 09.00 = 23,787 °C

- T2 = Temperatur dinding dalam samping jam 09.00 = 24,618 °C

- T3 = Temperatur dinding dalam atas jam 09.00 = 23,885 °C

- T4 = Temperatur output pada pipa elbow jam 09.00 = 23,936 °C

- To =Temperatur ruangan (drybulb) jam 09.00= 28,072 °C= 301,072K

- RH = Humiditas relatif = 72,4 %

Untuk menghitung besar nilai rasio humiditas pada ruangan (w0), maka

pertama – tama dihitung terlebih dahulu besar tekanan uap saturasi (pws) dengan

rumus:

ln p_ws =C1

T + C2 + C3T + C4T

2_{+ C}

5T3+ C6ln T

=−5,8002206 x 10

3

301,072 + 1,3914993 + −4,8640239 x 10

−2 _{x 301,072}

+ 4,1764768 x 10−5 x 301,072 2 + (−1,4452093 x 10−8 x

301,072 3_{) + (6,5459673 x ln(301,072))}

Selanjutnya, dihitung besar tekanan parsial uap air (pw) dengan rumus:

pw = RH x pws

= 72,4% x 3765,05 = 2725,90 Pa

Dengan adanya nilai tekanan parsial uap air, didapat hitung besar rasio humiditas ruangan:

= 0,62198 ( ₋ )

= 0,62198 ( 2725,9

101325−2725,90) = 0,01720 kg air / kg udara kering

Dengan cara yang sama, dapat dihitung juga rasio humiditas dalam mesin pendingin (wi) dengan besar temperatur:

=

1+ 2+ 3+ 4

4

=

23,787+24,618+23,885+23,936

4

= 24,0565 °C ≈ 297,057 K

Maka, nilai tekanan uap saturasinya adalah: ln pws =

C1

T + C2+ C3T + C4T 2_{+ C}

5T3+ C6ln T

=−5,8002206 x 10

3

297,057 + 1,3914993 + −4,8640239 x 10

−2 _{x 297,057}

+ 4,1764768 x 10−5 x 297,057 2 + (−1,4452093 x 10−8 x

297,057 3) + (6,5459673 x ln(297,057))

= 7,99578 pws = 2968,402 Pa

Selanjutnya, dihitung besar tekanan parsial uap air (pw) dengan rumus:

pw = RH x pws

Dengan adanya nilai tekanan parsial uap air, didapat hitung besar rasio humiditas dalam mesin pendingin:

= 0,62198 (

− )

= 0,62198 ( 2149,123 101325−2149,123) = 0,01348 kg air / kg udara kering

Untuk menghitung beban pendingin akibat infiltrasi, maka harus diketahui juga laju udara infiltrasi.

Diketahui:

- N = Banyak pembukaan mesin pendingin = 1 kali/jam - μ = Standar kebocoran udara = 2,8 m3

Maka laju udara infiltrasi dapat dihitung dengan persamaan: Q = N x μ x 1000

3600 = 1 x 2,8 x 1000

3600 = 0,7778 L/s

Dengan data yang telah diperoleh, maka dapat dihitung panas sensibel akibat infiltrasi:

Q_s = 1,23 x Q x (T₀−T_i)

= 1,23 x 0,7778 x (301,072 – 297,057) = 3,841 W

Dan besar panas latennya adalah: Ql = 3010 x Q x (w0−wi)

= 3010 x 0,7778 x (0,01720 – 0,01348) = 8,7024 W

4.2.3 Beban Pendingin dari Manusia

Diketahui:

- N = Banyak orang = 2 orang - SHG = Sensible heat gain = 75 W - LHG = Laten heat gain = 55 W - CLF = Cooling load factor = 0,60

Maka besar beban sensibel dari manusia adalah: Qs = N × (Sensible heat gain) × CLF

= 2 x 75 x 0,60 = 90 W

Dan besar beban laten dari manusia adalah: Ql = N × (Laten heat gain)

= 2 x 55 = 110 W

4.2.4 Beban Pendingin Akibat Radiasi

Perhitungan beban pendingin akibat radiasi dilakukan dengan menggunakan data temperatur pada tanggal 19 Januari 2015 jam 09.00 dan data lainnya sebagai berikut.

Diketahui:

- εstyrofoam = Emisivitas styrofoam = 0,60

- σ = Konstanta Stefan- Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m2 K4 - p = Panjang styrofoam = 0,400 m

- l = Lebar styrofoam = 0,260 m - t = Tinggi styrofoam = 0,178 m

- Ts = Temperatur permukaan styrofoam = 25,561°C = 298,561K

- T_∞ = Temperatur fluida = 28,072°C = 301,072K

Perhitungan dilakukan pada dinding luar styrofoam yakni pada sisi depan dan belakang (A1), kiri dan kanan (A2), serta atas (A3).

A2 = l x t = 0,260 x 0,178 = 0,04628 m2

A3 = p x l = 0,400 x 0,260 = 0,10400 m2

Maka beban pendingin akibat radiasi pada mesin pendingin ruangan adalah sebagai berikut.

Qrad,1 = ε A1 σ (T∞4−Ts4)

= 0,60 x 0,07120 x 5,67 x 10-8 x (301,0724– 298,5614) = 0,655685 W

Qrad,2 = ε A2 σ (T∞4−Ts4)

= 0,60 x 0,04628 x 5,67 x 10-8 x (301,0724– 298,5614) = 0,426195 W

Qrad,3 = ε A3 σ (T∞4−Ts4)

= 0,60 x 0,10400 x 5,67 x 10-8 x (301,0724– 298,5614) = 0,957742 W

Maka, beban pendingin total akibat radiasi dapat dihitung dengan persamaan:

Qrad,tot = 2 x Qrad,1 + 2 x Qrad,2 + Qrad,3

= 2 x 0,655685+ 2 x 0,426195 + 0,957742 = 3,1215 W

4.2.5 Beban Pendingin Akibat Konveksi dan Konduksi

Konveksi yang terjadi pada mesin pendingin ruangan ini merupakan perpaduan antara konveksi alamiah dan konveksi paksa. Konveksi alamiah terjadi pada dinding luar, sedangkan konveksi paksa terjadi di dinding dalam dari mesin pendingin tersebut. Perhitungan dilakukan pada dinding depan, belakang, kiri, kanan, dan atas daripada styrofoam.

Mula – mula dihitung terlebih dahulu konveksi paksa. Untuk menghitung nilai beban pendingin akibat konveksi paksa diperlukan beberapa data, dimana data temperatur diambil pada tanggal 19 Januari 2015 jam 09.00.

Diketahui:

- U_∞ = Kecepatan aliran fluida = 7,615 m/s - L = Panjang lapisan konveksi = 0,36 m

- μ = Viskositas fluida = 184,6 x 10-7 Ns/m2 - Pr = Bilangan Prandtl = 0,707

- k = Konduktivitas termal fluida = 26,3 x 10-3 W/mK - A = Luas penampang = 7,92 x 10-2 m2 - Ts = Temperatur permukaan air = 6 °C = 279 K

- T∞ = Temperatur fluida = 28,072 °C = 301,072 K

Pertama – tama dihitung terlebih dahulu bilangan Reynold dengan persamaan:

ReL =

ρ x U_∞ x L

μ

=1,1614 x 7,615 x 0,36 184,6 x 10−7 = 172.473,5623

Tahap berikutnya adalah menghitung bilangan Nusselt (NuL):

NuL = 0,664 x ReL1/2 x Pr1/3

= 0,664 x 172.473,56231/2 x 0,7071/3 = 245,661

Kemudian dihitung nilai koefisien konveksi perpindahan panas nya: hL =

k

L

x Nu

L

= 26,3 x 10−

3

0,36

x 245,661

= 17,9468844 W/m2K

Maka, beban pendingin akibat konveksi paksa adalah: Qkonv,paksa = hL x A x (T∞– Ts)

Selanjutnya dihitung beban pendingin konveksi alamiah dan konduksi menggunakan prinsip dinding berlapis pada dinding atas.

Untuk menghitung nilai beban pendingin akibat konveksi alamiah dan konduksi diperlukan beberapa data, dimana data temperatur diambil pada tanggal 19 Januari 2015 jam 09.00.

Diketahui:

- ρ = Massa jenis fluida = 1,1614 kg/m3 - g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

- Ts = Temperatur permukaan styrofoam = 25,561 °C = 298,561 K

- T∞ = Temperatur fluida = 28,072 °C = 301,072 K - L = Luas Penampang

Keliling

=

As

P =

0,4 0,26

2 (0,4 + 0,26)= 0,0787879m - α = Difusivitas panas = 22,5 x 10-6 m2/s

- v = Viskositas = 15,89 x 10-6 m2/s

- β = 1

T_f

=

2 T_s+T_∞

=

2

298,561+301,072

=

0,00334 K

-1

- k = Konduktivitas termal fluida = 26,3 x 10-3 W/mK

Pertama – tama dihitung terlebih dahulu bilangan Rayleigh dengan persamaan:

RaL =

�( _∞− ) 3

∝

= 9,81 0,00334 301,072−298,561 0,0787879

3

22,5 10−6 _{15,89 10}−6

= 112391,12

Bilangan Rayleigh yang didapat dibawah 109, maka aliran fluida merupakan aliran laminar. Tahap selanjutnya adalah menghitung bilangan Nusselt untuk aliran laminar dengan persamaan:

uL

N = 0,54 x RaL1/4

Kemudian dihitung koefisien konveksi (hL) dengan rumus:

hL =

= 26,3 10−

3

0,0787879 x 9,8873

= 3,3004 W/m2 K

Setelah koefisien konveksi alamiah telah diketahui, beban pendingin pada dinding berlapis berdasarkan material styrofoam dapat dihitung dengan diketahuinya data temperatur yang diambil pada tanggal 19 Januari 2015 jam 09.00.

Diketahui:

- T∞,1 = Temperatur fluida = 28,072 °C = 301,072 K - Ts,2 = Temperatur dalam atas = 23,885 °C = 296,885 K

- h1= hL = Koefisein konveksi fluida = 3,3004 W/m2K

- k1 = Konduktivitas termal styrofoam = 0,033 W/mK

- L1 = Tebal dinding atas = 0,024 m

- A = Luas penampang = 0,4 x 0,26 = 0,104 m2

Beban pendingin konveksi dan konduksi pada dinding atas dapat dihitung dengan persamaan:

Qkond konv,atas =

∞,1− ,2 1

1 + 1 1

= 301,072₁ −296,885 3,3004 0,104+

0,024 0,033 0,104

= 0,423 W

Selanjutnya dihitung beban pendingin konveksi alamiah dan konduksi menggunakan prinsip dinding berlapis pada dinding depan.

Diketahui:

- ρ = Massa jenis fluida = 1,1614 kg/m3 - g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

- Ts = Temperatur permukaan styrofoam = 25,561°C = 298,561 K

- T_∞ = Temperatur fluida = 28,072 °C = 301,072 K - L = Luas Penampang

Keliling

=

A_s

P

=

0,4 0,178

2 (0,4+0,178 )= 0,0615917m - α = Difusivitas panas = 22,5 x 10-6 m2/s

- v = Viskositas = 15,89 x 10-6 m2/s - β = 1

Tf

=

2

Ts+T∞

= 2

298 ,561 +301 ,072 = 0,00334 K

-1

- k = Konduktivitas termal fluida = 26,3 x 10-3 W/m K - Pr = Bilangan Prandtl = 0,707

Pertama – tama dihitung terlebih dahulu bilangan Rayleigh dengan persamaan:

RaL = �

( ∞− ) 3 ∝

=

9,81 0,00334 301,072−298,561 0,06159173 22,5 10−6 15,89 10−6

= 53693,3194

Bilangan Rayleigh yang didapat dibawah 109, maka aliran fluida merupakan aliran laminar. Tahap selanjutnya adalah menghitung bilangan Nusselt untuk aliran laminar dengan persamaan:

uL

N = 0,68 + 0,670 1 4 1+ 0,492/ 9 16 4 9

Kemudian dihitung koefisien konveksi (hL) dengan rumus:

hL =

= 26,3 10

−3

0,0615917 x 8,5043

= 3,6314 W/m2K

Setelah koefisien konveksi alamiah telah diketahui, beban pendingin pada dinding berlapis berdasarkan material styrofoam dapat dihitung dengan diketahuinya data temperatu